《網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)(第二版)第12章信息隱藏技術(shù)課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)(第二版)第12章信息隱藏技術(shù)課件（96頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,*,第12章 信息隱藏技術(shù),第12章 信息隱藏技術(shù),12.1 信息隱藏概述,,12.2 信息隱藏技術(shù)的分類及應(yīng)用領(lǐng)域,,12.3 數(shù)字圖像水印技術(shù),,12.4 數(shù)字文本水印技術(shù),,12.5 數(shù)字語(yǔ)音水印技術(shù),,12.6 數(shù)字視頻水印技術(shù),,,12.1 基 本 概 念,12.1.1　信息隱藏的基本概念,,1．信息隱藏技術(shù)的發(fā)展,,信息隱藏的發(fā)展歷史可以一直追溯到“匿形術(shù)（Steganography）”的使用?！澳湫涡g(shù)”一詞來(lái)源于古希臘文中“隱藏的”和“圖形”兩個(gè)詞語(yǔ)的組合?！澳湫涡g(shù)”與“密碼術(shù)

2、（Cryptography）” 都是致力于信息保密的技術(shù)，但兩者的設(shè)計(jì)思想?yún)s完全不同?！懊艽a術(shù)”主要通過(guò)設(shè)計(jì)加密技術(shù)，使非授權(quán)者不可讀取保密信息，但是對(duì)于非授權(quán)者來(lái)講，雖然他無(wú)法獲知保密信息的具體內(nèi)容，卻能意識(shí)到保密信息的存在。而“匿形術(shù)”則致力于通過(guò)設(shè)計(jì)精妙的方法，使得非授權(quán)者根本無(wú)從得知保密信息是否存在。,,,現(xiàn)代信息隱藏技術(shù)發(fā)展主要為了應(yīng)對(duì)數(shù)字化信息的大量出現(xiàn)，以及因特網(wǎng)快速發(fā)展條件下信息保護(hù)的問(wèn)題。隨著因特網(wǎng)的日益普及，多媒體等數(shù)字化信息的交流已達(dá)到了前所未有的深度和廣度，其發(fā)布形式也愈加豐富了。人們?nèi)缃窨梢酝ㄟ^(guò)因特網(wǎng)發(fā)布自己的作品、重要信息和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交易等，但是隨之而出現(xiàn)的版權(quán)和信息

3、安全問(wèn)題也十分嚴(yán)重：如作品侵權(quán)更加容易，篡改也更加方便。人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到因特網(wǎng)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的重要性，信息隱藏學(xué)就是為達(dá)到信息保護(hù)目的而誕生的一門新興交叉學(xué)科。信息隱藏學(xué)作為隱蔽通信和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等的主要技術(shù)手段，正得到廣泛的研究與應(yīng)用。,,,2．信息可隱藏的原因,,信息之所以能夠隱藏在多媒體等數(shù)字化數(shù)據(jù)中，主要有兩方面的原因：,,（1）多媒體等數(shù)字化信息本身存在很大的冗余性，從信息論的角度看，未壓縮的多媒體等信息的編碼效率很低，所以將某些信息嵌入到多媒體等信息中進(jìn)行秘密傳送是完全可行的，并不會(huì)影響多媒體等信息本身的傳送和使用。,,（2）人眼和人耳本身對(duì)某些信息都有一定的掩蔽效應(yīng)，如人眼對(duì)灰

4、度的分辨率只有幾十個(gè)灰度級(jí)，對(duì)邊沿附近的信息不敏感等。利用人體感官的這些特點(diǎn)，可以很好地將信息隱藏而不被察覺。,,,信息隱藏技術(shù)中涉及到的主要對(duì)象包括待隱藏的信息、信息的載體、帶有秘密信息的載體，具體內(nèi)容如下：,,（1）信息隱藏技術(shù)中待隱藏的信息稱為秘密信息(SecretMessage)，該信息可以是版權(quán)信息或秘密數(shù)據(jù)，也可以是一個(gè)序列號(hào)；,,（2）用來(lái)承載秘密信息的公開信息稱為載體信息(CoverMessage)，如視頻、音頻、文本片段；,,（3）隱藏有秘密信息的公開信息稱為隱蔽載體(StegoCover)，如帶有版權(quán)簽名的視頻、帶有秘密文字的圖片和音頻等。,,,4．信息隱藏技術(shù)的特性,,信

5、息隱藏不同于傳統(tǒng)的加密，因?yàn)槠淠康牟辉谟谙拗普５馁Y料存取，而在于保證隱藏?cái)?shù)據(jù)不被侵犯和發(fā)現(xiàn)。因此，信息隱藏技術(shù)必須考慮正常的信息操作所造成的威脅，即要使機(jī)密資料不易被正常的數(shù)據(jù)操作(如通常的信號(hào)變換操作或數(shù)據(jù)壓縮)所破壞。為保證信息隱藏和不影響正常操作的目的，信息隱藏技術(shù)需要具備以下特性。,,（1）魯棒性(robustness)：指不因數(shù)據(jù)文件的某種改動(dòng)而導(dǎo)致隱藏信息丟失的能力。這里所謂“改動(dòng)”包括傳輸過(guò)程中的信道噪音、濾波操作、重采樣、有損編碼壓縮、D/A或A/D轉(zhuǎn)換等。,,,（2）不可檢測(cè)性(undetectability)：　指隱蔽載體與原始載體具有一致的特性。例如具有一致的統(tǒng)計(jì)噪聲

6、分布等，以便使非法攔截者無(wú)法判斷是否有隱蔽信息。,,（3）透明性(invisibility)：　利用人類視覺系統(tǒng)或人類聽覺系統(tǒng)屬性，經(jīng)過(guò)一系列隱藏處理，使目標(biāo)數(shù)據(jù)沒(méi)有明顯的降質(zhì)現(xiàn)象，且隱藏的數(shù)據(jù)無(wú)法人為地看見或聽見。,,（4）安全性(security)：　指隱藏算法有較強(qiáng)的抗攻擊能力，即它必須能夠承受一定程度的人為攻擊，而使隱藏信息不會(huì)被破壞。,,（5）自恢復(fù)性：　由于經(jīng)過(guò)一些操作或變換后，可能會(huì)使原圖產(chǎn)生較大的破壞，如果只從留下的片段數(shù)據(jù)仍能恢復(fù)隱藏信號(hào)，而且恢復(fù)過(guò)程不需要宿主信號(hào)，這就是所謂的自恢復(fù)性。,,,1．信息隱藏嵌入過(guò)程,,信息隱藏嵌入過(guò)程實(shí)際上就是一個(gè)數(shù)字化信號(hào)的變換過(guò)程，主要步

7、驟包括：,,（1）對(duì)原始主信號(hào)（載體信息）作信號(hào)變換；,,（2）對(duì)原始主信號(hào)（載體信息）作感知分析；,,（3）在步驟（2）的基礎(chǔ)上，基于事先給定的關(guān)鍵字，在變換域上將簽字信號(hào)（秘密信息）嵌入主信號(hào)，得到帶有隱藏信息的主信號(hào)（隱蔽載體）。,,信息隱藏的嵌入過(guò)程如圖12.1所示。,,,圖12.1　信息隱藏的嵌入過(guò)程,,,,圖12.2　信息隱藏的檢測(cè)過(guò)程,,,,信息隱藏技術(shù)按照嵌入方法的不同，可分為空域（SpatialDomain）信息嵌入方法和變換域（TransformationDomain）信息嵌入方法兩類，具體內(nèi)容如下：,,（1）空域信息嵌入方法。這類方法也被稱做時(shí)域信息嵌入方法，主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)

8、算相對(duì)簡(jiǎn)單，信息嵌入速度快，計(jì)算量小，對(duì)于主信號(hào)的幾何變換、數(shù)據(jù)壓縮等基本操作具有一定的抵抗能力，但總體上抗攻擊和抗破壞能力比較脆弱，對(duì)于信號(hào)濾波、加噪等操作的魯棒性較差。,,,,（2）變換域信息嵌入方法。這類方法也被稱做頻率域、頻域信息嵌入方法，這類技術(shù)主要是通過(guò)修改主信號(hào)某些指定的頻域系數(shù)來(lái)嵌入數(shù)據(jù)的。常用頻率域包括傅立葉變換（FFT）域、離散余弦變換（DCT）域、離散小波變換（DWT）域等。信息隱藏技術(shù)一般選取信號(hào)中頻區(qū)域上的系數(shù)來(lái)嵌入簽字信號(hào)，從而使之既滿足不可感知性，又滿足對(duì)諸如失真壓縮等操作的魯棒性。其主要原因在于低頻分量包含了圖像的主要信息（如亮度），低頻區(qū)域系數(shù)的改動(dòng)可能會(huì)影響

9、到主信號(hào)的感知效果，而高頻系數(shù)容易被破壞，因此中頻信號(hào)更符合信息隱藏技術(shù)的要求。,,,12.2.2　信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,,1．版權(quán)保護(hù)（CopyrightProtection）,,到目前為止，信息隱藏技術(shù)的絕大部分研究成果都集中在版權(quán)保護(hù)這一領(lǐng)域中，相關(guān)成果已經(jīng)得到了應(yīng)用。信息隱藏技術(shù)在應(yīng)用于版權(quán)保護(hù)時(shí)，所嵌入的簽字信號(hào)通常被稱做“數(shù)字水?。―igitalWatermark）”。版權(quán)保護(hù)所需嵌入的數(shù)據(jù)量最小，但對(duì)簽字信號(hào)的安全性和魯棒性要求也最高，甚至是十分苛刻的。為了避免混淆，應(yīng)用于版權(quán)保護(hù)的信息隱藏技術(shù)一般稱做“魯棒型水印技術(shù)”，而所嵌入的簽字信號(hào)則相應(yīng)地稱做“魯棒型水?。≧obust

10、Watermark）”，從而與下文將要提到的“脆弱型水印”區(qū)別開來(lái)。一般在版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域所提到的“數(shù)字水印”則多指魯棒型水印。,,,魯棒型數(shù)字水印用于確認(rèn)主信號(hào)的原作者或版權(quán)的合法擁有者，相關(guān)技術(shù)必須保證對(duì)原始版權(quán)的準(zhǔn)確無(wú)誤標(biāo)識(shí)。數(shù)字水印時(shí)刻面臨著用戶或侵權(quán)者無(wú)意或惡意的破壞，因此，魯棒型水印技術(shù)必須保證對(duì)主信號(hào)可能發(fā)生的各種失真變換和各種惡意攻擊都具備很高的抵抗能力。與此同時(shí)，信息隱藏技術(shù)要求保證原始信號(hào)的感知效果盡可能不被破壞，因此實(shí)際應(yīng)用中對(duì)魯棒型水印的不可見性也有很高的要求。如何設(shè)計(jì)一套完美的數(shù)字水印算法，并伴隨以制訂相應(yīng)的安全體系結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)真正實(shí)用的版權(quán)保護(hù)方案，是信息隱藏技

11、術(shù)最具挑戰(zhàn)性也極具吸引力的一個(gè)課題。目前，一些數(shù)字水印方法已經(jīng)在版權(quán)保護(hù)中得到應(yīng)用，但是尚無(wú)十分有效的魯棒水印算法。,,,3．?dāng)U充數(shù)據(jù)的嵌入（AugmentationDataEmbedding）,,擴(kuò)充數(shù)據(jù)包括對(duì)主信號(hào)的描述或參考信息、控制信息以及其他媒體信號(hào)等等。描述信息可以是特征定位信息、標(biāo)題或內(nèi)容注釋信息等，而控制信息的嵌入則可實(shí)現(xiàn)對(duì)主信號(hào)的存取控制和監(jiān)測(cè)。擴(kuò)充數(shù)據(jù)可以是多種附屬描述信息，例如針對(duì)不同所有權(quán)級(jí)別的用戶存取權(quán)限信息，跟蹤某一特定內(nèi)容對(duì)象創(chuàng)建、行為以及被修改歷史的“時(shí)間戳（TimeStamp）”信息等。信息隱藏技術(shù)使得主信號(hào)無(wú)需在原信號(hào)上附加頭文件或歷史文件情況下附加擴(kuò)充數(shù)據(jù)

12、，記錄主信號(hào)對(duì)象的使用權(quán)限描述、歷史使用操作信息等，避免了擴(kuò)充信息因?yàn)楦郊游募桓膭?dòng)或丟失造成的破壞，節(jié)省了傳輸帶寬和存儲(chǔ)空間。,,,擴(kuò)充數(shù)據(jù)還可以實(shí)現(xiàn)在給定的主信號(hào)中嵌入其他完整而有意義的媒體信號(hào)，例如在給定視頻序列中嵌入另一視頻序列等。信息隱藏技術(shù)通過(guò)擴(kuò)充數(shù)據(jù)嵌入為多媒體信息的個(gè)性化剪裁提供了可能，可以按照用戶需要提供不同的信息形式和內(nèi)容，這種應(yīng)用非常有意義，對(duì)用戶極具魅力。例如，在某一頻道內(nèi)收看電視，可以通過(guò)信息隱藏方法在所播放的同一個(gè)電視節(jié)目中嵌入更多的鏡頭以及多種語(yǔ)言伴音及字幕，使用戶能夠按照個(gè)人的喜好和指定的語(yǔ)言方式播放，這種方法在某種意義上實(shí)現(xiàn)了視頻點(diǎn)播（VideoOnDeman

13、d，VOD）的功能，而其最大的優(yōu)點(diǎn)在于減少了一般VOD服務(wù)所需的傳輸帶寬和存儲(chǔ)空間。,,,12.3 數(shù)字圖像水印技術(shù),12.3.1 數(shù)字水印技術(shù)的基本原理,,數(shù)字水印技術(shù)的基本原理是通過(guò)一定的算法將一些標(biāo)志性信息直接嵌入到多媒體內(nèi)容中，但不影響原內(nèi)容的價(jià)值和使用， 而且不會(huì)被人感知或注意。水印信息可以是作者的序列號(hào)、 公司標(biāo)志、有特殊意義的文本、圖形、圖像標(biāo)記等。其作用是可用于識(shí)別文件、圖像或音樂(lè)制品的來(lái)源、 版本原作者、 擁有人、發(fā)行人以及合法適用人對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的所有權(quán)。 數(shù)字水印技術(shù)包含嵌入水印和提取水印兩個(gè)過(guò)程。 下面給出通用意義下的數(shù)字水印嵌入和提取過(guò)程。,,,圖 12.3 水印嵌

14、入的一般過(guò)程,,,,圖12.3中，圖像的預(yù)處理包含圖像為了保證水印嵌入算法的高效以及實(shí)用而采取的一系列變換，如圖像為了適應(yīng)人類視覺系統(tǒng)而進(jìn)行的顏色模型的調(diào)整、 時(shí)頻域轉(zhuǎn)換等。圖像恢復(fù)則是指在將水印信號(hào)嵌入原始圖像以后對(duì)原始圖像進(jìn)行恢復(fù)顯示的過(guò)程， 使得它轉(zhuǎn)換到我們通常所看到的時(shí)域信號(hào)， 或者轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)所能進(jìn)行一般處理的顏色模型中來(lái)。,,,在圖12.3中最關(guān)鍵的部分是水印嵌入，也就是水印嵌入函數(shù),f,的作用。通常在水印嵌入的時(shí)候都是將水印信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼流嵌入到原始圖像中， 如果二進(jìn)制碼為0，則對(duì)原始圖像相應(yīng)像素位進(jìn)行一定處理；如果二進(jìn)制碼為1，則對(duì)原始圖像進(jìn)行另外的處理，這樣做的目的是方便

15、將來(lái)的提取過(guò)程。我們用式(11-2)來(lái)表示嵌入函數(shù)作用。,其中,I,和,W,為經(jīng)過(guò)預(yù)處理以后的數(shù)據(jù)，函數(shù),B,是取水印圖像的一位，,P,1和,P,2是分別對(duì)原始圖像的相應(yīng)像素位進(jìn)行函數(shù)處理。,(12.2),,,,在對(duì)水印圖像提取水印信息以前需要先對(duì)水印圖像進(jìn)行必要的預(yù)處理。在提取算法上，分為兩種：一種是盲提取，也就是提取水印信息的算法在應(yīng)用過(guò)程中不需要原始圖像的參與；另外一種就是明文水印，也就是在水印信息提取算法中需要原始圖像才能正確地提取出水印信息。目前水印算法研究的重點(diǎn)越來(lái)越趨向于盲水印。圖像水印提取的一般過(guò)程如圖12.4所示。,,,圖 12.4 水印提取的一般過(guò)程,,,,圖像水印技術(shù)是目

16、前數(shù)字水印技術(shù)研究的重點(diǎn)，相關(guān)文章非常多，而且也取得了非常多的成就，但大部分水印技術(shù)采用的原理基本相同。即在空/時(shí)域或頻域中選定一些系數(shù)并對(duì)其進(jìn)行微小的隨機(jī)變動(dòng)，改變的系數(shù)的數(shù)目遠(yuǎn)大于待嵌入的數(shù)據(jù)位數(shù)， 這種冗余嵌入有助于提高魯棒性。實(shí)際上，許多圖像水印方法是相近的，只是在局部有差別或只是在水印信號(hào)設(shè)計(jì)、嵌入和提取的某個(gè)方面域有所差別。下面我們分空域和頻域兩個(gè)方面分別加以介紹，給出一些算法。,,,11.3.2 空域的圖像水印技術(shù),,空域算法指的是實(shí)現(xiàn)數(shù)字水印嵌入和提取的過(guò)程全部在空域中完成，不需要進(jìn)行頻率域的變換。 最早提出的空域算法就是著名的LSB(Least Significant Bi

17、ts)方法，它是將水印信息安排在像素的最低位，也就是最不容易引起圖像有較大視覺變換的位置。 作為幾個(gè)比較實(shí)用的軟件包之一的Stego就采用了改變圖像最低位信號(hào)實(shí)現(xiàn)圖像水印的目的。這樣的算法魯棒性不夠強(qiáng)，目前對(duì)于這種方法提出了很多改進(jìn)算法，Lippman曾經(jīng)提出將水印信號(hào)隱藏在原始圖像的色度通道中。Bender曾經(jīng)提出了兩種方法，一種是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的“patchwork”方法，另一種是紋理塊編碼方法。,,,空域水印算法以其簡(jiǎn)潔、高效的特性而在水印研究領(lǐng)域占有一席之地，在過(guò)去的十幾年中，水印的空域算法也層出不窮。 其經(jīng)典的LSB算法就是將水印信息放置在原始圖像中對(duì)于人類視覺最不敏感的地方。在空域

18、中，通常選擇改變?cè)紙D像中像素的最低位來(lái)實(shí)現(xiàn)水印的嵌入和提取。下面用一個(gè)具體的算法來(lái)說(shuō)明。,,,(1) 嵌入過(guò)程 把水印信號(hào)經(jīng)過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換后再轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼流；原始圖像同樣經(jīng)過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換后，再將其每個(gè)字節(jié)的高7位依次異或；最后再用原始圖像像素字節(jié)位異或結(jié)果與二進(jìn)制數(shù)碼流異或后寫入其最低位。如圖11.5所示為基于LSB算法的水印嵌入過(guò)程。,,,圖 12.5 基于LSB算法的水印嵌入過(guò)程,,,,(2) 提取過(guò)程 把待提取的水印圖像（以下稱為水印圖像）經(jīng)過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換后每個(gè)字節(jié)8位依次異或，并保存其結(jié)果； 再將其結(jié)果每8位組成一個(gè)字節(jié)；最后得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換后就得到水印圖像。如圖12

19、.6為基于LSB算法的水印提取過(guò)程。,,,圖12.6 基于LSB算法的水印提取過(guò)程,,,,例如， 三個(gè)像素的原始數(shù)據(jù)為： ,,（00100111，11101001，11001000），（00100111， 11101000， 11001001）， （11001000， 00100111， 11101001）,,所存的水印數(shù)據(jù)為： 010001011,,嵌入過(guò)程計(jì)算：,,,將水印嵌入后， 像素?cái)?shù)據(jù)變?yōu)椋?,,（00100111， 11101001， 11001001），（00100111， 11101000， 11001000）， （11001001， 00100110， 111010

20、01）,水印數(shù)據(jù)的提取過(guò)程：,,最后，提取出的水印數(shù)據(jù)為：010001011,,,,11.3.3 頻域的圖像水印技術(shù),,頻域算法與空域算法不同，指的是在嵌入或者提取水印的過(guò)程中，需要進(jìn)行頻域的變換操作，這樣做的目的是增強(qiáng)水印算法的魯棒性，使得圖像在有損壓縮和濾波后仍能很好地提取出水印信息。NEC實(shí)驗(yàn)室的COX等人提出的基于擴(kuò)展頻譜的水印算法在數(shù)字水印算法中占有重要地位，這一算法提出了魯棒型水印算法的幾個(gè)重要原則：首先，水印信號(hào)應(yīng)該嵌入數(shù)據(jù)中對(duì)人的感覺最重要的部分。在頻率域中這個(gè)重要部分就是低頻分量，一般的圖像處理技術(shù)并不去改變這部分?jǐn)?shù)據(jù)。其次水印信號(hào)應(yīng)該由具有高斯分布的隨機(jī)實(shí)數(shù)序列構(gòu)成。這樣

21、會(huì)使水印經(jīng)受多拷貝聯(lián)合攻擊的能力大大增強(qiáng)。NEC的實(shí)現(xiàn)思想是：對(duì)整幅圖像做DCT（離散余弦變換）變換，選取除DC分量外的1000個(gè)最大的DCT系數(shù)插入由N(0,1)所產(chǎn)生的一個(gè)實(shí)數(shù)序列水印信號(hào)。,,,靜止圖像通用壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG（Joint Photographic Experts Group，聯(lián)合圖像專家小組）的核心部分是DCT變換，它根據(jù)人眼的視覺特性把圖像信號(hào)從時(shí)域空間轉(zhuǎn)換到頻率域空間。由于低頻信號(hào)是圖像的實(shí)質(zhì)而高頻信號(hào)則是圖像的細(xì)節(jié)信息，因此， 人眼對(duì)于細(xì)節(jié)信息即高頻信號(hào)部分的改變并不是很敏感，JPEG壓縮通過(guò)丟棄高頻部分來(lái)最大程度的滿足壓縮和人眼視覺的需要。這里針對(duì)JPEG壓縮標(biāo)

22、準(zhǔn)提出根據(jù)DCT變換系數(shù)性質(zhì)來(lái)植入水印的算法。,,,Cox等曾經(jīng)提出了魯棒型水印算法的重要原則：為了使水印強(qiáng)壯，水印信號(hào)應(yīng)該嵌入原始數(shù)據(jù)中對(duì)人的感覺最重要的部分， 在頻率域空間中，這種重要部分就是低頻分量。因?yàn)楣粽咴谄茐乃〉倪^(guò)程中，將會(huì)不可避免地引起圖像質(zhì)量的嚴(yán)重下降， 所以，一般的圖像處理技術(shù)也并不去改變這部分?jǐn)?shù)據(jù), 這樣會(huì)使水印的魯棒性大大提高。但是此類魯棒算法在實(shí)現(xiàn)水印信息嵌入低頻系數(shù)的過(guò)程中卻破壞了圖像本身的質(zhì)量。而Turner也在其文章中提到將水印信息添加至圖像中最不重要的位置，顯然這樣的水印算法魯棒性不足，但是卻能夠保證圖像質(zhì)量最低限度的損失。綜合考慮這兩類算法的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)為

23、了保證水印算法的魯棒性和在嵌入水印信息后保證圖像的質(zhì)量不會(huì)受到大的損壞的情況下，基于DCT域水印算法將水印信息添加至圖像的中頻系數(shù)中。,,,采用中頻系數(shù)的頻域DCT變換水印嵌入的過(guò)程，主要包括顏色模型轉(zhuǎn)換、頻域FDCT變換、中頻系數(shù)提取、水印信息嵌入、頻域IDCT反變換和顏色模型恢復(fù)幾個(gè)環(huán)節(jié)，具體嵌入過(guò)程如下：,,（1）圖像和水印信息圖像進(jìn)行顏色模型轉(zhuǎn)換，從RGB顏色空間到Y(jié)UV顏色模型空間；然后將經(jīng)過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換后的圖像分成8×8的塊。,,（2）對(duì)每一個(gè)8×8圖像塊用濾波矩陣進(jìn)行濾波實(shí)現(xiàn)FDCT（快速離散余弦變換）。離散余弦變換是將信號(hào)從空域轉(zhuǎn)換到頻域的一種方法。,,,（3）提取原始圖像的中

24、頻系數(shù)，即將原始圖像的頻域系數(shù)經(jīng)過(guò)量化后自適應(yīng)選取中頻系數(shù)作為將來(lái)嵌入水印信息的載體位。同時(shí)選取水印信息圖像頻域系數(shù)的低頻和中頻部分，并將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼流，作為嵌入的對(duì)象。,,（4）將水印信息嵌入到原始圖像信息中，具體的嵌入過(guò)程是，先判斷水印信息二進(jìn)制碼，如果其值為1，而且待嵌入水印系數(shù)比其下一個(gè)系數(shù)的值小，則交換這兩個(gè)系數(shù)的值；如果其值為0，而待嵌入水印系數(shù)比其下一個(gè)系數(shù)的值大，則交換這兩個(gè)系數(shù)。換句話說(shuō)就是要保證嵌入1時(shí)，此系數(shù)大于下一個(gè)系數(shù)值，嵌入0時(shí)相反。,,,（5）最后對(duì)嵌入水印信息的原始圖像進(jìn)行反離散余弦變換(IDCT)，再將其從YUV顏色模型空間轉(zhuǎn)換到RGB顏色空間，最終得到了

25、嵌入水印后的圖像。,,頻域DCT變換中頻系數(shù)水印嵌入的具體算法流程如圖12.7所示。,,,圖12.7　嵌入水印過(guò)程,,,圖12.8　提取水印過(guò)程,,,圖12.9　基于DCT方法提取水印圖,,,(a),,(b),,,,圖12.10　中心裁剪75%后提取水印圖,,,,圖12.11　圖像旋轉(zhuǎn)后提取水印圖,,,,圖12.12　JPEG壓縮后提取水印圖,,,圖12.13　亮度、對(duì)比度調(diào)整后提取水印圖,,,,數(shù)字水印尚未形成一個(gè)完善的技術(shù)體系，每個(gè)研究人員的介入角度各不相同，所以研究方法和設(shè)計(jì)策略也各不相同，但都是圍繞著實(shí)現(xiàn)數(shù)字水印的各種基本特性進(jìn)行設(shè)計(jì)的。同時(shí)，隨著該技術(shù)的推廣和應(yīng)用的深入，逐步引入了其

26、他領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和算法，從而完備和充實(shí)了數(shù)據(jù)水印技術(shù)。例如在數(shù)字圖像處理中的小波變換、分形理論，圖像編碼中的各種壓縮算法等等。,,,12.4 數(shù)字文本水印技術(shù),12.4.1 數(shù)字文本水印技術(shù)的一般原理,,現(xiàn)在的印刷品的電子化傳送可以通過(guò)在線數(shù)據(jù)庫(kù)、 電子圖書館、CD-ROM等方式，這就使得版權(quán)的保護(hù)尤為重要。目前數(shù)字水印的研究大多數(shù)集中在圖像視頻和音頻方面文本數(shù)字水印的研究有限。,,,最原始的文檔，包括ASCII文本文件或計(jì)算機(jī)原碼文件， 是不能被插入水印的，因?yàn)檫@種類型的文檔中不存在可插入標(biāo)記的可辨認(rèn)空間（Perceptual Headroom）。 然而， 一些高級(jí)形式的文檔通常都是格式化

27、的（如PostScript， PDF， RTF， WORD， WPS），并且對(duì)于這些類型的文檔可以將一個(gè)水印藏入版面布局信息（如字間距或行間距）或格式化編排中?？梢詫⒛撤N變化定義為1，不變化定義為0，這樣嵌入的數(shù)字水印信號(hào)就是具有某種分布形式的偽隨機(jī)序列。,,,一個(gè)英文文本文件一般由單詞、行和段落等有規(guī)律的結(jié)構(gòu)組合而成，對(duì)其作一些細(xì)微的改動(dòng)是難以察覺的。這種方式既可以修改文檔的圖像表示， 也可以修改文檔格式文件。后者是一個(gè)包含文檔內(nèi)容及其格式的文件，基于此可以產(chǎn)生出可供閱讀的文字（圖像）。而圖像表示則是將一個(gè)文本頁(yè)面數(shù)字化為二值圖像， 其結(jié)果是一個(gè)二維數(shù)組：,f,(,x,y,)=0或 1,x,

28、=0, 1, ……,,W,;,y,=0, 1, …..,,L,,其中,,f,(,x, y,)表示在坐標(biāo)(,x, y,)處的像素強(qiáng)度；,W,和,L,的取值取決于掃描解析度， 分別表示一頁(yè)的寬度和長(zhǎng)度。,(12.5),,,,輪廓是文本圖像的一維投影， 單個(gè)文本行的水平輪廓表示為,,其中,,t,和,b,分別是圖像中處于該文本行最上方和最下方的像素行坐標(biāo)。采用這種方法可以只修改第2、4、6、 …行， 而使第1、 3、 5， …行保持不變。 這種方法能夠抵御在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的意外或故意的圖像損壞。,(12.6),,,,數(shù)據(jù)隱藏需要一個(gè)編碼器和一個(gè)解碼器。如圖12.14所示， 編碼器的輸入是原始文件，輸

29、出是加了標(biāo)記的文件。首先對(duì)原始文檔進(jìn)行預(yù)處理， 將所得到的圖像頁(yè)按照從碼本中選取的碼字進(jìn)行修改。編碼器的輸出即為修改過(guò)的文件并被分送出去。 解碼器輸入修改過(guò)的文件，輸出其中所嵌入的數(shù)據(jù)信息, 圖12.15表示解碼過(guò)程。,,,圖 12.14 編碼器的結(jié)構(gòu),,,,圖 12.15 解碼器的結(jié)構(gòu),,,,11.4.2 行移編碼,,行移編碼技術(shù)既可以用于文本文檔也可以用于文件格式， 它是通過(guò)垂直移動(dòng)文本行的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)驗(yàn)告訴我們當(dāng)垂直位移量等于或小于1/300英寸時(shí)， 肉眼無(wú)法辨認(rèn)出。給文檔預(yù)分配的碼字規(guī)定了文檔中的哪些文本行將被移動(dòng)。 可以規(guī)定行上移表示“0”，下移表示“1”。當(dāng)然也可以規(guī)定上

30、移表示“1”， 下移表示“-1”，不動(dòng)表示0。 該技術(shù)采用了差分編碼技術(shù)以獲得好的不可檢測(cè)性和魯棒性。同每行均可移動(dòng)的方法相比較，可被隱藏的每個(gè)碼字的長(zhǎng)度減少了，但這個(gè)數(shù)字還是相當(dāng)大的， 足以夠用。 如一頁(yè)有40行，則每頁(yè)會(huì)有2,20,=1 048 576個(gè)不同的碼字。,,,根據(jù)要嵌入文件中標(biāo)記的內(nèi)容， 編碼器將文本行上移或下移。 解碼器測(cè)量文檔文件中相鄰行的行間距，這可以用以下方法來(lái)實(shí)現(xiàn)： 解碼器測(cè)量相鄰行的基準(zhǔn)線之間的距離或重心之間的距離?；鶞?zhǔn)線是一行中所有字符被放置的邏輯線，而重心則是具體文本行的點(diǎn)陣質(zhì)量重心。,,,假定第,i,-1行和,i,+1行未被移動(dòng)而將第,i,行上移或下移，在未改

31、動(dòng)的文檔文件中相鄰行的基準(zhǔn)線之間距為常數(shù)，令,S,i-,1,和,S,i,分別是基線,i,-1和,i,之間基線,i,+1和,i,之間的距離，采用的檢測(cè)準(zhǔn)則算法如,S,i-,1,>,S,i,，則第,i,行下移；,S,i,-1,<,S,i,，則第,i,行下移，其它情況不定。,,同基線調(diào)距方法不同的是，重心調(diào)距方法不要求間距一致。 重心間距的測(cè)量基于原始文檔中的間距與修改后文檔中重心間距的差異。 可以用下列公式來(lái)計(jì)算中心位置：,（12-7）,,,,其中,,i,=1、2、…、,N,，為當(dāng)前行號(hào)，,N,為一頁(yè)中的行數(shù)，,t,i,和,b,i,表示第,i,行的頂和底。,N,為計(jì)算被選中像素點(diǎn)數(shù)目的函數(shù)，即,f

32、,(,k, j,)=1,,k,=0, …,,W,; 下一步計(jì)算第,i,-1行和,i,行之間、第,i,行和,i,+1行之間的距離，令其為,S,i,-1,和,S,i,。 類似地可以作下面的判斷： ,,如,S,i,-1,-,t,i-,1,>,S,i,-t,i,，則第,i,行上移，否則， 第,i,行下移。 ,,圖12.16表示了采用行移編碼文檔的一部分。,,,圖 12.16 行移編碼,,,,11.4.3 字移編碼,,字移編碼技術(shù)通過(guò)使文本行內(nèi)字符發(fā)生平移來(lái)嵌入特定標(biāo)記。 采用這種方式時(shí)，相鄰字之間的距離各不相同。經(jīng)驗(yàn)告訴我們， 人眼無(wú)法辨認(rèn)1/150英寸以內(nèi)的單詞的水平位移量。其實(shí)在文檔對(duì)齊處

33、理時(shí)經(jīng)常采用調(diào)整空格的方法來(lái)改變字符間隔（如文本的排序）。因?yàn)樽髁俗冮g隔處理，解碼器需要掌握原始文檔或關(guān)于原始文檔字間隔的說(shuō)明。編碼器首先要觀察文本行是否有足夠的字?jǐn)?shù)用于編碼，過(guò)短的行不被采用，然后用差分編碼方法對(duì)所選定的行進(jìn)行編碼。自左邊起第2、4、6、 …等位置上的字被移動(dòng)， 但行首字和行尾字不移動(dòng)用來(lái)保持整頁(yè)中的列向?qū)R。最后將經(jīng)字位移處理后的文檔分發(fā)出去。,,,解碼器需要原始文檔的有關(guān)信息，不能實(shí)現(xiàn)盲檢，只有那些擁有最初文檔的組織或其代理人可以讀到隱藏信息。我們需要知道每個(gè)字的起始位置或重心位置。 假設(shè)第,i,個(gè)字被移動(dòng)了位置，其自身和相鄰兩字的重心分別為,c,i,-1,，,c,i,和

34、,c,i,+1,，移動(dòng)后的重心位置分別是,c,i-,1,′，,c,i,′和,c,i-,1,′ ，則計(jì)算公式為：,(12.8),,(12.9),,,,然后再用下面的方法來(lái)決定第,i,個(gè)字是被左移還是右移。,若,,， 則第,i,個(gè)字節(jié)被左移。,若,,， 則第,i,個(gè)字節(jié)被右移。,圖 12.17 字移編碼,,,,12.4.4　特征編碼,,特征編碼是一種通過(guò)改變某個(gè)字母的某一特征來(lái)插入標(biāo)記的技術(shù)。字母特征改變可能是其高度等屬性特征。同樣，特征編碼也會(huì)保留一些字母特征不作改變以幫助解碼。例如，使用字母高度進(jìn)行特征編碼的文本水印處理中，水印檢測(cè)算法會(huì)將那些被認(rèn)為發(fā)生變化的字母與該頁(yè)中沒(méi)有變化的相同字母的高

35、度進(jìn)行比較，得到水印結(jié)果。,,,11.4.5 編碼方式的綜合運(yùn)用,,以上方法可以綜合運(yùn)用，這樣的編碼方式可以增加魯棒性， 在破壞嚴(yán)重的情況下，仍可以檢測(cè)到水印。 在一個(gè)文檔被處理的過(guò)程中，水平與豎直方向可能會(huì)受到不同程度的破壞。對(duì)同一行同時(shí)使用行移和字移進(jìn)行編碼，可以結(jié)合控制行與被標(biāo)記行來(lái)估計(jì)出水平與豎直輪廓哪一個(gè)破壞較小，從而決定進(jìn)行行移檢測(cè)還是字移檢測(cè)。,,,11.5.1 最不重要位（LSB）方法,,,最不重要位（LSB）方法是將秘密數(shù)據(jù)嵌入到載體數(shù)據(jù)中去的最簡(jiǎn)單的一種方法，它是在空域中隱藏?cái)?shù)據(jù)。任何的秘密數(shù)據(jù)都可以看作是一串二進(jìn)制位流，而音頻文件的每一個(gè)采樣數(shù)據(jù)也是用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。這

36、樣，我們可以將部分采樣值的最不重要位用代表秘密數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位替換掉，達(dá)到在音頻信號(hào)中編碼加入秘密數(shù)據(jù)的目的。為了加大對(duì)秘密數(shù)據(jù)攻擊的難度， 可以用一段偽隨機(jī)序列來(lái)控制嵌入秘密二進(jìn)制位的位置。下面我們具體講一講水印的嵌入和提取過(guò)程：,12.5 數(shù)字語(yǔ)音水印技術(shù),,,（1） 以二進(jìn)制數(shù)的形式讀取載體音頻數(shù)據(jù)， 得到原始信號(hào)；,,（2） 將秘密數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制位流的形式， 并計(jì)算秘密數(shù)據(jù)位的總數(shù)； ,,（3） 將（2）中得到的數(shù)據(jù)流作置亂變換， 得到待隱藏的數(shù)據(jù)流； ,,（4） 將秘密數(shù)據(jù)位的總數(shù)首先嵌入到載體文件中； ,,（5） 將原始數(shù)據(jù)的最低位用秘密數(shù)據(jù)位替代； ,,（6） 循環(huán)操作第

37、（5）步， 直至秘密信息全部被嵌入。,,,音頻數(shù)字水印的LSB方法水印提取過(guò)程主要步驟如下：,,（1）首先提出秘密數(shù)據(jù)位的總數(shù)；,,（2）提取水印信息的數(shù)據(jù)位；,,（3）循環(huán)操作（2），直至所有的秘密二進(jìn)制位全部被提取出來(lái)；,,（4）根據(jù)嵌入過(guò)程使用的置亂變換，采取逆變換，得到我們所需要的數(shù)據(jù)水印信息。,,,為了提高魯棒性，我們也可以將秘密數(shù)據(jù)位嵌入到載體數(shù)據(jù)的較高位，但這樣帶來(lái)的結(jié)果是大大降低了數(shù)據(jù)隱藏的隱蔽性。當(dāng)然，在變化域進(jìn)行數(shù)字水印的嵌入能獲得很強(qiáng)的魯棒性。 下面介紹小波變換的方法。,,,12.5.2　小波變換方法,,小波變換是一種新的時(shí)頻分析方法，隨著新一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG－4的

38、推出，小波水印技術(shù)日益受到重視。小波變換與傳統(tǒng)的頻域方法相比具有很多優(yōu)勢(shì)，變換算法在頻域和時(shí)域同時(shí)具有良好的局部化特征，小波變換支持多分辨率分析與人眼視覺特性相匹配。小波水印可以將水印嵌入中頻的不同子帶中，形成的算法魯棒性強(qiáng)，在經(jīng)歷各種處理和攻擊后，如加噪、濾波、重采樣、剪切、有損壓縮和幾何變形等，仍可以保持很高的可靠性。,,,在嵌入時(shí)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)序列按下式進(jìn)行Harr小波分解：,,(12.10),,(12.11),,其中，,h,1,=0.7071，0.7071，,h,0,=-0.7071，0.7071。,(12.12),,,,圖 12.18小波域音頻水印的嵌入方案,,,,圖 12.19 小波域

39、音頻水印的提取方案,,,,12.6 數(shù)字視頻水印技術(shù),12.6.1 數(shù)字視頻水印技術(shù)的一般原理,,視頻水印研究是當(dāng)前數(shù)字水印技術(shù)研究方向中的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)，熱點(diǎn)在于大量消費(fèi)類數(shù)字視頻產(chǎn)品的推出，如VCD、 DVD， 使得以數(shù)字水印為重要組成部分的數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)更加迫切。難點(diǎn)是由于雖然數(shù)字水印技術(shù)近幾年得到長(zhǎng)足發(fā)展， 但方向主要是集中于靜止圖像的水印技術(shù)。,,,然而在視頻水印的研究方面，由于包括時(shí)間域掩蔽效應(yīng)等特性在內(nèi)的更為精確的人眼視覺模型尚未完全建立，使得視頻水印技術(shù)相對(duì)于圖像水印技術(shù)發(fā)展滯后，同時(shí)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼格式又造成了水印技術(shù)引入上的局限性。另一方面， 由于一些針對(duì)視頻水印的

40、特殊攻擊形式 (如幀重組, 幀間組合等)的出現(xiàn)，為視頻水印提出了一些區(qū)別于靜止圖像水印的獨(dú)特要求。 主要有以下幾個(gè)方面：,,（1）實(shí)時(shí)處理性 水印嵌入和提取應(yīng)該具有低復(fù)雜度。 ,,（2）隨機(jī)檢測(cè)性 可以在視頻的任何位置、 在短時(shí)間內(nèi)（不超過(guò)幾秒種）檢測(cè)出水印。,,,（3） 與視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合 相對(duì)于其它的多媒體數(shù)據(jù)， 視頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量極大，在存儲(chǔ)、傳輸中通常先要對(duì)其進(jìn)行壓縮， 現(xiàn)在最常用到的標(biāo)準(zhǔn)是一組由國(guó)際電信聯(lián)盟和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定并發(fā)布的音、視頻數(shù)據(jù)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)(MPEG-1、MPEG-2、 MPEG-4)。如果我們?cè)趬嚎s視頻中嵌入水印，很顯然應(yīng)該與壓縮標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合；但如果是在原始視頻中嵌

41、入水印，我們知道水印的嵌入是利用視頻的冗余數(shù)據(jù)來(lái)攜帶信息的，而視頻的編碼技術(shù)則是盡可能的除去視頻中的冗余數(shù)據(jù)，如果不考慮視頻的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)而盲目地嵌入水印，則嵌入的水印很可能在編碼的過(guò)程中丟失。,,,（4） 盲水印方案 若檢測(cè)時(shí)需要原始信號(hào)， 則此水印被稱為非盲水印， 否則稱為盲水印（Blind Watermark）。 由于視頻數(shù)據(jù)量巨大， 采用非盲水印技術(shù)是不現(xiàn)實(shí)的。 因此，除了極少數(shù)方案外， 目前主要研究的是盲視頻水印技術(shù)。 ,,通過(guò)分析現(xiàn)有的數(shù)字視頻編解碼系統(tǒng)，可以將目前的視頻水印分類為以下幾類視頻水印的嵌入與提取方案，如圖12.20所示。,,,圖 12.20 視頻水印嵌入和提取方案,

42、,,,視頻水印嵌入方案一：水印直接嵌入在原始視頻流中。 此類方案的優(yōu)點(diǎn)是： 水印嵌入的方法比較多，原則上數(shù)字圖像水印方案均可以應(yīng)用于此。 缺點(diǎn)是： 會(huì)增加視頻碼流的數(shù)據(jù)比特率； 經(jīng)MPEG-2壓縮后會(huì)丟失水??； 降低視頻質(zhì)量；對(duì)于已壓縮的視頻， 需先進(jìn)行解碼， 然后嵌入水印后， 再重新編碼。,,,視頻水印嵌入方案二：水印嵌入在編碼階段的離散余弦變換（DCT）域中的量化系數(shù)中。此類方案的優(yōu)點(diǎn)是：水印僅嵌入在DCT系數(shù)中，不會(huì)增加視頻流的數(shù)據(jù)比特率；易設(shè)計(jì)出抗多種攻擊的水印。缺點(diǎn)是會(huì)降低視頻的質(zhì)量， 因?yàn)橐话闼灿幸粋€(gè)解碼、嵌入、再編碼的過(guò)程。 ,,視頻水印嵌入方案三：水印直接嵌入在MPEG-2

43、壓縮比特流中。此類方案的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有解碼和再編碼的過(guò)程， 因而不會(huì)造成視頻質(zhì)量的下降，同時(shí)計(jì)算復(fù)雜度低。缺點(diǎn)是由于壓縮比特率的限制而限定了嵌入水印的數(shù)據(jù)量的大小。,,,11.6.2 原始視頻水印,,原始視頻水印是指直接對(duì)未壓縮的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與視頻編碼格式無(wú)關(guān)。因此，可以分為兩種情況：可以直接獲得原始視頻流數(shù)據(jù)，此時(shí)，在原始的視頻流中完成水印的嵌入或提取，這時(shí)的處理比較簡(jiǎn)單；只能得到編碼的視頻流數(shù)據(jù)，此時(shí)，首先對(duì)編碼視頻進(jìn)行解碼，然后再嵌入或提取水印，在水印處理之后， 如果有必要再重新壓縮， 這時(shí)的處理相對(duì)復(fù)雜。,,,按照水印嵌入和提取之前是否對(duì)宿主信號(hào)進(jìn)行某種變換， 原始視頻水印又可分

44、為空域水印和頻域水印兩種方法。前者直接在原始視頻數(shù)據(jù)中嵌入水印，后者對(duì)原始視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行某種變換， 如DCT， 然后進(jìn)行水印的嵌入和提取處理。 ,,空域水印是指直接在原始視頻數(shù)據(jù)中嵌入水印，嵌入的水印信號(hào)一般是添加在亮度分量上，有時(shí)也有一部分被加入到顏色分量中，或全部加入到顏色分量中。其優(yōu)點(diǎn)是思想簡(jiǎn)單、復(fù)雜度低，缺點(diǎn)也是明顯的，在魯棒性和不可感知性方面的性能較差?？沼蛩〉囊粋€(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)， 是直接利用各種最低有效位方法，在原始視頻中嵌入水印。,,,直接在原始像素值上進(jìn)行水印嵌入和提取，主要目的是為了降低水印處理的復(fù)雜度，然而隨著處理器速度的不斷提高，在頻域中進(jìn)行水印嵌入和提取已經(jīng)成為最為常見的

45、方法。,,Swanson等提出采用三維小波變換的水印方案。小波變換是用多個(gè)分辨率表示信號(hào)的一個(gè)有力工具。小波分解的多分辨率特性在空域、頻域提供了信號(hào)的局部特定信息，可以用于信號(hào)的分析和處理。利用小波技術(shù)的數(shù)字水印方案，是近幾年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。Swanson將視頻序列看成三維信號(hào)，并將視頻序列分為場(chǎng)景， 這樣水印處理就能夠考慮時(shí)域冗余。,,,視頻序列中視覺上類似的區(qū)域，即來(lái)自同一個(gè)場(chǎng)景的幀，必須嵌入一個(gè)一致的水印。小波變換的多分辨率特性，使得水印存在于多個(gè)時(shí)域分級(jí)。水印嵌入時(shí)，利用基于人類視覺系統(tǒng)的掩蓋模型來(lái)保證嵌入到每個(gè)視頻幀的水印是不可感知的和魯棒的。 先對(duì)視頻序列一個(gè)場(chǎng)景中的,k,個(gè)幀進(jìn)

46、行三維小波變換，將變換系數(shù)分為8×8的塊,B,ij,，對(duì)每一塊,B,ij,，通過(guò)其離散余弦變換（DCT）得到頻率掩蓋矩陣，進(jìn)而得到水印矩陣,W,ij,，并根據(jù)空域掩蓋矩陣,S,ij,，在該塊中添加水印,W,ij,，所有塊添加水印之后，進(jìn)行逆變換則得到添加了水印的信號(hào)。,,,水印檢測(cè)有兩種方案，第一種檢測(cè)方案需要原始宿主信號(hào)， 是一種非盲水印方案, 將待檢測(cè)幀減取原始幀，并計(jì)算與水印信號(hào),W,之間的相關(guān)值， 可以確定視頻序列中是否添加了水印。 第二種檢測(cè)方案不需要原始宿主信號(hào)，是盲水印方案，將待檢測(cè)幀減去最低空域小波幀，然后計(jì)算與,W,之間的相關(guān)值，來(lái)確定是否添加了水印。,,,12.6.3 壓縮

47、視頻水印,,在視頻中嵌入水印一般考慮MPEG編碼標(biāo)準(zhǔn)。 在MPEG標(biāo)準(zhǔn)中， 有三種圖像類型：內(nèi)部編碼幀（I幀）、前向預(yù)測(cè)幀（P幀）和雙向預(yù)測(cè)幀（B幀）。I幀的編碼類似于JPEG，利用幀內(nèi)相鄰像素間的空域冗余來(lái)壓縮信息；P幀編碼時(shí)要用到先前的幀， 當(dāng)前的幀又可以作為后面的預(yù)測(cè)幀的參考幀；B幀的數(shù)據(jù)壓縮效果最顯著，它在預(yù)測(cè)時(shí)需要先前和后續(xù)的信息，且自身不能作為其它幀的預(yù)測(cè)參考幀。P幀和B幀都利用了相鄰幀間的時(shí)域冗余來(lái)壓縮信息，同時(shí)預(yù)測(cè)誤差信號(hào)還可以進(jìn)一步的去除空域冗余。 去除空域冗余主要用到了DCT、量化和熵編碼等技術(shù)；去除時(shí)域冗余用到了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、 運(yùn)動(dòng)表示和運(yùn)動(dòng)估計(jì)等技術(shù)。,,,Hartung

48、和Girod提出了用于MPEG格式壓縮視頻的數(shù)據(jù)嵌入法。其嵌入過(guò)程分為以下7個(gè)步驟。 ,,（1）進(jìn)行DCT計(jì)算，將DCT系數(shù)按Z字型重掃描為1×64的矢量。令,W,0,為直流量（DC）系數(shù)，,W,63,為最高頻率的分量系數(shù)（AC）。 ,,（2）令V,n,、V,n,′分別為加入水印前后的信號(hào)且V,0,′,,=V,0,＋,W,0,。,,（3）在位流中尋找鄰近的變長(zhǎng)編碼器（VLC），求出碼字、 位置和以VLC編碼字表示的交直流分量Vm決定的運(yùn)行指標(biāo)對(duì)（rm，lm）。,,,（4）令V,m,′=V,m,＋,Wm,表示新DCT系數(shù)，確保采用V,0,′之后不會(huì)增加位速率。 ,,（5）令,R、R,′分

49、別為傳送（rm， lm）、（rm，lm′）的二進(jìn)制位數(shù)。 ,,（6）若,R≥R,′，則傳送,R,′；否則傳送（rm，lm）。 ,,（7）重復(fù)（3）~（6），直到遇到數(shù)據(jù)塊結(jié)尾碼。,,,Hartung與Girod研究了這一算法的魯棒性。他們指出，其算法對(duì)壓縮、 濾波、 輕度旋轉(zhuǎn)具有魯棒性。對(duì)程度更重的旋轉(zhuǎn)， 需要采用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)及校正機(jī)制。去除或插入數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致收發(fā)雙方丟失同步信息，因此還要有同步信息丟失檢測(cè)及實(shí)現(xiàn)再次同步的機(jī)制。,,,數(shù)字水印技術(shù)從正式提出到現(xiàn)在短短的幾年，已有不少著名大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)投入相當(dāng)大的人力和財(cái)力，致力于該項(xiàng)技術(shù)的研究， 并取得了一定的成果(包括美國(guó)的麻省理工學(xué)院、Pu

50、rdue大學(xué)、英國(guó)的Georage Mason大學(xué)、 瑞士洛桑聯(lián)邦工技院、 NEC研究所、IBM研究所等)。 一些公司也已推出了數(shù)字水印的產(chǎn)品，如HIGHWATER FBI、Digimarc Corporation、 Fraunhofer's SYSCOP等。 各研究機(jī)構(gòu)正努力設(shè)計(jì)出更高效、 更通用、 魯棒性更強(qiáng)的數(shù)字水印產(chǎn)品。,,,數(shù)字水印技術(shù)和Web應(yīng)用相結(jié)合，是今后該技術(shù)在信息領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。在諸如電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)多媒體服務(wù)、遠(yuǎn)程診斷、教學(xué)等所有涉及版權(quán)或信息安全的領(lǐng)域，數(shù)字水印及其相關(guān)技術(shù)均能發(fā)揮重要作用?？梢灶A(yù)見，隨著計(jì)算機(jī)、 網(wǎng)絡(luò)及信息科學(xué)、 密碼學(xué)等學(xué)科的不斷發(fā)展，安全可靠的數(shù)字水印技術(shù)將在很多領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。,,,